大路梁子引水隧洞施工技術(shù)淺析

萬 勝

(自貢水利電力建筑勘測設(shè)計院，四川自貢，643000)

1 工程概況

大路梁子引水洞，其進口位于距離大路梁子隧道進口約170m處的緩坡地帶，主要是為了緩解大路梁子隧道水溝排水壓力而設(shè)置的。引水洞全長780m，縱向坡度為0.8%，斷面為城門洞型，斷面凈尺寸為3.5m×3.65m(寬×高)。

該地段巖層近于直立，基巖積壓破碎，引水洞主體穿越三疊系石灰?guī)r地層，節(jié)理、裂隙發(fā)育，同時裂隙水及巖溶水發(fā)育。本地區(qū)地震活動頻繁，地震峰值加速度為0.15g，地震反應(yīng)譜特征周期0.25s，相當(dāng)于地震基本烈度為Ⅶ度。

區(qū)域地質(zhì)復(fù)雜、水系發(fā)育，洞外地表以殘、坡積層為主，洞身范圍內(nèi)有斷層、煤層，隧道穿越地層有泥巖、頁巖、石灰?guī)r、砂巖、玄武巖，存在滑坡、巖溶、流沙、瓦斯、膨脹巖、巖爆、斷層、突涌等不良地層情況的可能性非常大。

根據(jù)該引水洞的地形地貌特征，在洞口附近設(shè)置生活區(qū)、生產(chǎn)區(qū)房屋、拌和站及砂石料堆放場。施工及生活用水利用水管引用山上來水，施工及生活用電安裝有變壓器，將電接至施工駐地，并備用內(nèi)燃發(fā)電機供施工生產(chǎn)急需及生活需要。

2 施工方案

大路梁子隧道引水洞設(shè)計全長780m。其中，Ⅱ類圍巖長108m，Ⅲ類圍巖長444m，Ⅳ類圍巖長228m;各占全隧道的長度分別為13.8%、56.9%、29.3%。

進洞方案，首先按設(shè)計要求施作洞頂截水溝、天溝以及排水溝，然后按照設(shè)計坡度刷坡。邊仰坡及洞口處開挖面，采用人工借助反鏟、風(fēng)鎬、風(fēng)鉆由上而下開挖，并隨之進行防護。

由于本洞門與線路正交，施工難度不大。施工時型鋼鋼架先在洞外預(yù)先按設(shè)計尺寸制作好后，現(xiàn)場精確放樣，逐榀安裝。由于洞身斷面尺寸比較小，初期支護部分完成后，便可開始進洞施工，進洞后按圍巖類別進行不同方式施工。

出口端為柱式洞門，施工時洞頂按設(shè)計要求施作截水溝，然后進行邊坡錨噴防護后，按Ⅱ類圍巖淺埋段施工方法進洞。初支完成后，及時施做二次襯砌，再進行洞門端墻砌筑。

3 隧洞流砂段施工

3.1 隧洞流砂段超前支護

3.1.1 準備工作

在已知圍巖地質(zhì)為流砂地段的條件下，應(yīng)備足鋼軌、焊管、花管、方木、稻草、水玻璃、高標號水泥、注漿機、噴漿機、型鋼拱架或鋼格柵，并配置有經(jīng)驗的施工技術(shù)人員和和管理人員。

3.1.2 超前探孔

開挖爆破過程中，為避免未準確掌握洞穴流砂位置造成的坍方，在鉆眼前應(yīng)先打入6m長焊管作超前探眼，每次探眼不少于5根(頂拱1根，起拱線位置2根，直墻腰部2根)。探眼掘進過程中，如發(fā)現(xiàn)圍巖較為松軟或流砂、裂隙水從焊管涌出，則應(yīng)采取短進尺、弱爆破、強支護、早封閉或臺階法施工;涌水量較大時應(yīng)多打花管，最大限度將流砂體內(nèi)積水引排。如6m長超前探孔仍未有效跨越流砂體，則應(yīng)加長超前焊管和花管長度。

3.1.3 超前支護

確定流砂層長度后，在設(shè)計開挖輪廓線基礎(chǔ)上徑向放大20cm～40cm，從起拱線位置打入焊管、花管超前支護。超前管棚橫向不留空隙，避免流砂從縫隙中滲出，超前管棚縱向嚴格按平、順、直要求打入。

鋼管打進及孔口密封處理。鋼管從鋼架腹部穿過，并由專用頂頭頂進，頂進鉆孔長度≮90%管長。鋼管末端除焊上述擋圈外，再用膠泥麻筋纏箍成楔形，以便鋼管頂進孔后其外壁與孔巖壁間隙堵塞嚴密。鋼管尾端外露足夠長度，并與型鋼鋼架焊接在一起。鋼管頂進時，注意保護管口不受損變形，以便與注漿管路連接。

超前小導(dǎo)管預(yù)注漿采用φ42mm無縫鋼管，長3.5m，傾角5°～10°，鉆孔與線路中線盡量平行，每循環(huán)小導(dǎo)管搭接長度不小于1.0m。在Ⅱ類圍巖開挖前，預(yù)先采用1∶1的水泥漿液注漿加固。

3.2 隧洞流砂段開挖和支護

3.2.1 臺階法開挖

隧洞流砂流動性極強，開挖過程中不宜全斷面開挖，所有施工應(yīng)盡量減少對圍巖的擾動。

采用臺階法先進行上半部人工開挖，每環(huán)進尺不宜大于0.5m，上半部開挖后對滲水位置打入花管排放地下滲水，不宜封堵。對滲漏流砂位置采用管棚、稻草封堵，讓流砂內(nèi)滲水從稻草縫隙中滲出，而較大顆粒被管棚封堵。根據(jù)已掌握的流砂體流動性和涌水、滲水量，適當(dāng)控制臺階長度，一般3m～5m為宜。

開挖后，及時進行初噴混凝土封閉，施作型鋼鋼架支撐(型鋼鋼架間距1.0m)。初噴混凝土至設(shè)計厚度，后打設(shè)φ22mm長200cm的砂漿錨桿，隨即進行拱墻掛網(wǎng)，最后噴混凝土至設(shè)計厚度。形成全斷面初支閉合環(huán)后，及時施作二次襯砌。

3.2.2 加強拱部縱向支護

由于施工過程中超前管棚很難控制在同一平面，導(dǎo)致拱部開挖后有流砂、滲水，或管棚不能承受流砂體的垂直壓力及擠壓力，造成拱部沉降、位移。隨上半部開挖的不斷深入，必須及時打入第二環(huán)或第三、第四環(huán)超前管棚，直至超前管棚進入非流砂巖層，且能夠有效支撐流砂體垂直壓力及擠壓力。并在第一時間封堵流砂，引排滲水。

3.2.3 加強拱部橫向支護

拱部短進尺開挖加強縱向超前管棚支護后，橫向已是支撐流砂體垂直壓力及擠壓力的重要組成部分，務(wù)必及時加強拱部型鋼拱架或鋼格柵橫向支撐，掛設(shè)鋼筋網(wǎng)、噴射混凝土支護。通過收斂量測，準確掌握其沉降量、沉降速度、水平位移、水平位移速度，必要時在型鋼拱架、鋼格柵起拱線處加設(shè)橫支撐，確保拱部對流砂體的支撐能力。

3.2.4 下部臺階施工

由于流砂自穩(wěn)能力極差，流砂體拱部橫、縱向加強支護后，應(yīng)對下半部進行短進尺、強支護施工。每次進尺控制在0.5m左右。

為保證對拱部有較可靠的支撐效果，下半部宜分左右兩側(cè)邊挖邊護。即先開挖左側(cè)或右側(cè)下半部，按設(shè)計要求完成掛網(wǎng)、焊接下半部型鋼或鋼格柵、噴射混凝土、打設(shè)錨桿等工序后，再進行下半部另一側(cè)施工。

3.2.5 加強底板橫向支撐、基底換填、封閉底板

流砂或其他軟弱圍巖承載能力較差，在設(shè)計二期支護斷面外先進行基底換填、設(shè)置橫向鋼拱架或鋼格柵、澆筑底板仰拱混凝土，使拱部、邊墻、底板在二期支護斷面外形成完整的封閉圈，避免內(nèi)水外滲或外水內(nèi)滲，共同抵制圍巖較為復(fù)雜的擠壓力和沉降、位移、變形，確保后期施工安全。

4 隧洞流砂坍方處理

4.1 坍碴處理

流砂從拱部或邊墻涌出時，洞穴內(nèi)積水一并向外噴涌，所以坍塌的第一時間不應(yīng)及時處理，應(yīng)待流砂坍塌、積水涌出自然沉淀形成封堵體達到穩(wěn)定后，才能讓施工人員到位進行處理。

由于流砂固有的流動性，處理流砂坍方時先對坍碴進行橫向堵截。即采用鋼材或木材橫向?qū)⑻杲財?，增加坍碴縱向穩(wěn)定，避免在處理過程中砂體流動，保證施工安全，確保拱部坍孔出砂體自身穩(wěn)定。

4.2 坍孔封閉

封閉坍孔采用同上隧洞流砂段超前支護和隧洞流砂段開挖和支護的方法。處理過程中洞內(nèi)應(yīng)設(shè)專職安全員，洞外隨時觀察地表動向，洞內(nèi)外有開裂、沉降、變形等情況，應(yīng)及時采取措施。

5 隧洞砂巖地段涌水、涌砂、巖溶處理

引水隧洞為斷層影響帶，圍巖為粉砂巖互層，節(jié)理發(fā)育、極為松散破碎，涌水涌砂可能同時爆發(fā)，噴涌速度極快、圍巖內(nèi)水壓力極大。針對性措施分別如下。

5.1 洞穴洞害處理措施

5.1.1 跨越。當(dāng)溶洞規(guī)模較大，或溶洞規(guī)模雖小，但不能堵塞水流，或溶洞較深，或充填物松軟時，采用梁跨、板跨或拱跨等跨越措施。

5.1.2 封閉。對停止發(fā)育的干、小溶洞，采用混凝土、漿砌片石堵塞、填實，必要時注漿加固，以防塌陷。

5.1.3 支頂加固。采用支撐墻、支撐柱、支撐拱以及嵌補加固等工程措施。

5.2 泥水、暗河突涌處理

對巖溶水或暗河的處理時宜疏不宜堵，為防止巖溶水突然襲擊，施工時采取超前地質(zhì)鉆孔探測，預(yù)備足夠的抽水設(shè)備。排水設(shè)施結(jié)合實際情況，可選用排水溝、滲溝、涵洞、引水洞、排水管道等構(gòu)筑物。對巖溶水或暗河采用排、截、堵、防等綜合治理措施，以策安全。

5.3 填充物處理

洞穴填充物的特點是松軟、易坍塌、下沉量大、穩(wěn)定性差。當(dāng)隧道穿越洞穴填充物地段時，可根據(jù)不同情況采用如下措施。

5.3.1 樁基處理。當(dāng)溶洞中堆積物不易清除，且不易流失時，可根據(jù)地質(zhì)及結(jié)構(gòu)要求，設(shè)計支承樁或摩擦樁作為工程處理措施。

5.3.2 換填。當(dāng)溶洞中堆積物較淺，且無水時，可換填人工基礎(chǔ)或漿砌、干砌片石基礎(chǔ)。

5.3.3 注漿。當(dāng)溶洞中具有大量流塑狀泥砂時，施工中易產(chǎn)生突水、突泥。這時采用超前注漿加固地層，將流塑狀泥砂改變?yōu)榫哂幸欢◤姸鹊挠菜芡?，以保證施工安全。

5.4 布置超前管棚

超前管棚的布置，應(yīng)采用地質(zhì)鉆打設(shè)管徑不小于φ89mm的鋼管，鋼管每節(jié)長度1m～3m為宜，間距20cm。由于巖層為粉砂堆積體，必須封閉管棚間空隙，采用φ40mm管棚、鋼筋網(wǎng)或其他方法填補空隙，以保證砂體不滲漏、滲水暢通。

布置好超前管棚后，鋼管內(nèi)注入水泥漿液，加大管棚抗壓、抗彎曲能力。必要時將φ40mm管制作為注漿花管，注入適量水泥漿，固結(jié)徑向50cm粉砂體，減少流砂滲漏。

5.5 短進尺、弱爆破、強支護

形成φ89mm與φ40mm超前管棚支護后，進行爆破施工(盡量采用人工開挖，減小對巖體的擾動)，開挖進尺控制在0.5m，同時采用多級爆破，即先爆破中間掏槽部分，后徑向擴大爆破。周邊孔間距不大于30cm，間隔裝藥單獨爆破。

加強掛網(wǎng)噴漿支護，必要時掛設(shè)φ8mm鋼筋網(wǎng)格10cm，超挖部分嚴禁使用片石回填，均使用噴C25混凝土回填。

6 不良地質(zhì)洞段施工

6.1 不良地質(zhì)洞段技術(shù)措施

6.1.1 勤測量、勤復(fù)核

不良地質(zhì)洞段均有拱頂沉降、邊墻位移變形等現(xiàn)象，布設(shè)隧道專用平面、高程控制網(wǎng)，以確保施工時中線放樣的精度和測量方便。施工過程中布置中線、高程點有經(jīng)常變動的情況，所以應(yīng)將控制點設(shè)置在牢固、可靠地段，并經(jīng)常復(fù)核，應(yīng)盡量減少中線、高程的非儀器過度次數(shù)。

6.1.2 采用方便快捷的儀器設(shè)備控制

不良地質(zhì)洞段或坍方地段施工過程中工序繁多、干擾大，測量儀器在施工點不易操作，中線、高程點不易保留，宜采用紅外線導(dǎo)向儀控制中線、高程。

在直線隧洞施工過程中，采用紅外線導(dǎo)向儀同時將隧洞中心線、隧洞某一點高程控制在一條直線上，便于施工人員隨時使用、隨時復(fù)核斷面尺寸。

紅外線導(dǎo)向儀應(yīng)熟練掌握，經(jīng)常保養(yǎng)，經(jīng)常對兩端中線、高程進行復(fù)核。

6.1.3 適當(dāng)放大結(jié)構(gòu)尺寸，預(yù)留變形沉降量

不良地質(zhì)洞段或坍方地段圍巖松軟、自穩(wěn)能力差、拱部壓力大，處理欠挖安全隱患大，費工費時影響工程進度，在施工或處理過程中應(yīng)根據(jù)實際情況適當(dāng)預(yù)留沉降、變形量。

6.2 不良地質(zhì)洞段施工預(yù)案

6.2.1 疏排地下水

(1)在滑坡體邊緣之外穩(wěn)定地段設(shè)置天溝，攔截地表水，避免地表水流入滑坡體范圍內(nèi);

(2)在滑坡體范圍內(nèi)增設(shè)樹枝狀排水系統(tǒng)，使地表水流及洼地積水，盡快順暢地排出滑坡范圍之外;

(3)引排地下水。

6.2.2 整平、夯填滑坡體范圍內(nèi)的地表裂縫，以防地下水下滲

(1)滑坡體外部補給水采用截水滲溝引排;(2)滑坡體內(nèi)部淺水或滯水帶采用支撐滲溝引排，順滑動方向設(shè)置;

(3)當(dāng)?shù)叵滤癫剌^深，不易采用明挖或滲溝時，采用滲水導(dǎo)洞攔截和疏排地下水。也可采用水平鉆孔引排地下水。

6.2.3 減載或反壓

在滑坡體的滑動地段，清除一部分滑體以減小滑體的下滑力;反壓是利用上部減載的棄方，填于滑體的抗滑地段，以增加抗滑穩(wěn)定作用。

6.2.4 設(shè)置抗滑樁、墻

抗滑擋墻設(shè)置于滑體前緣，采用重力式擋土墻;抗滑樁分排設(shè)置，排數(shù)、間距依推力確定。

6.2.5 注漿加固

采用地面加固注漿，固結(jié)地層，增加滑動面的摩擦力，實踐證明效果較好。